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低空機載高光譜成像儀轉(zhuǎn)反射率的方法說明

發(fā)布時間: 2022-02-24   瀏覽次數(shù):   作者:邁昂科技

     反射率是遙感應用的基礎,過去的低空機載轉(zhuǎn)反射率的方法,或者套用于高空的方法,或者套用于地面的方法。低空有低空的特點,并不是所有的方法都很適合。在這里對適用于低空機載高光譜成像儀轉(zhuǎn)反射率的做簡要探討。


1、什么才是反射率?
物體反射的輻射能量占總輻射能量的百分比,稱為反射率。即反射率=發(fā)射能量/入射能量。
物體內(nèi)的特定成分對不同的波長的光有特定的吸收,特定成分的含量也會影響到吸收的程度和一些細節(jié)。因此通過光譜反射率可以了解到物體內(nèi)的成分組成和含量,攜帶的信息是非常豐富的。反射率,是遙感應用的基礎。

利用光譜反射率計算牧草品質(zhì),這是最初的光譜遙感應用


2、什么才是轉(zhuǎn)反射率?
公式:反射率=反射能量/入射能量。
DN值和光的能量有相關關系,可以通過DN值計算出能量。即輻亮度(radiance,面輻射源上某點在一定方向上的輻射強弱的物理量,單位為W/(Sr·m2),本文簡稱為能量。
我們分別測量DN值和入射DN值,再都轉(zhuǎn)成能量值,相除就得到了反射率。然后因為光譜儀的傳感器越來越好,DN值和能量的相關關系就是線性相關,所以就演變成了DN值直接相除。這也就變成了地物光譜儀一般轉(zhuǎn)反射率的的方法。(也有一些還是要用能量)。

公式:反射率=反射DN值/入射DN值


3、低空機載應該用哪個公式?
用能量的,不能用DN值的!

沒有準確能量定標的傳感器是不適合機載應用的!


4、為什么?

各像素一比,得到反射率。很多用戶這么做了以后,覺得反射率不正常。當然會不正常。


原因有二

一、測量白板時,周圍物體反射到白板上的光,相當于增加了入射光。而飛起來以后測的反射光卻不包括這部分的光。此影響在某些波長影響可以超過20%,地物光譜儀操作規(guī)程明確要求要保持測白板和測地物時光纖周圍物體要盡量一致。


二、有時一次飛行要15-30分鐘。太陽輻射和水汽變化非常巨大。都用一個白板DN值做分母,誤差顯然就太大了。按照ASD的操作規(guī)范,即使是最好的天氣,碧空如洗,萬里無云,白日高懸,干燥無風。也得10分鐘做一次白板。而這種天氣,在很多地區(qū)一年都沒有幾次。


大多數(shù)時候,我們都要承受3-5分鐘就要測一次白板的麻煩。所以說,不可以用DN值/DN值的的方法。


5、如果用靶標布,不就解決了校準頻率的問題了嗎?
是的,靶標布可以保證更高頻率的提供入射光的測量。


可是仍然不能夠用DN/DN的方法。
主要原因在于,成像光譜儀的傳感器陣列中,各像素對于能量的響應并不完全相同。
所以也需要對傳感器做能量定標,將DN值轉(zhuǎn)化成能量值,再轉(zhuǎn)反射率才可以。
多次重復一遍。沒有準確能量定標的傳感器是不適合機載應用的!


6、具體的實現(xiàn)方法
靶標布法,可以在地面布置一些已知反射率的靶標布,形成較高頻率的校準。注意要DN轉(zhuǎn)能量之后,再轉(zhuǎn)反射率。


機上微型光譜儀法,機上的光譜儀直接測量入射輻射能量,能量轉(zhuǎn)反射率。要注意微型光譜儀的波長漂移。地面光譜儀法,在地面測量入射輻射能量,能量轉(zhuǎn)反射率。


靶標法,機上衛(wèi)星光譜儀法,地面光譜儀法
此外還有大氣校正的方法。通過大氣校正公式獲得入射能量,能量轉(zhuǎn)反射率。但是有些公式要求一些不容易獲得的氣象參數(shù),比如氣溶膠參數(shù)等等,而且整體誤差較大,還不如前三種方法。


7、對于入射光波動大的解決方案。
有些地區(qū)常年以及有些地區(qū)的某些特定季節(jié),天氣多變,天上總是有薄云,經(jīng)常性的晴雨變化,入射能量變化極快,這些天氣都不是適合進行遙感測量。


看云卷云舒,有時云就是不走。
如果實驗還必須要進行,建議采取地面光譜儀法,地面用ASD測量入射能量,天空用成像光譜儀測量反射能量。兩個能量通過精確的時間匹配,可以達到每秒能量匹配轉(zhuǎn)反射率,大大提高了轉(zhuǎn)反射率的準確性。


同一塊靶標,綠線為通過逐秒匹配轉(zhuǎn)的反射率,紅線為ASD現(xiàn)場測量的反射率在MEGACUBE上有ASD數(shù)據(jù)接口。


8、總結(jié)
對于低空成像光譜儀轉(zhuǎn)反射率,一定要用能量/能量。對于入射能量相對穩(wěn)定的情況,推薦使用靶標布方法和地面光譜儀。對于入射能量變化很大的情況,建議使用地面ASD,每秒匹配轉(zhuǎn)反射率。沒有準確能量定標的傳感器是不適合機載應用的!


9、什么是低空?
從一般概念來說,低空是指100-1000米的范圍??墒菑牟僮鞲拍顏碚f,在我國無需申請空域的高度是120米以下。因此低空也可以說是120米以下,這也是旋翼無人機的大部分工作高度。


《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例(征求意見稿)》,對輕型無人機開放120米以下的空域,輕型無人機是指空機重量不超過4000克,最大起飛重量不超過7000克,最大飛行速度不超過每小時100千米的飛行器。

 
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